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2015 Fifth International Conference on Instrumentation and Measurement, Computer, Communication and Control
基于STM32的继电器电气参数测试系统的研究
摘要：当前测试系统对继电器的电气参数，以51系列单片机作为中央处理单元，外围部件多，运行速度是有限的，而只有依靠测试继电器接触电阻的故障判断超标与否，测试参数单。国外对继电器电气参数测试系统的研究与开发成熟，但成本较高。因此，在本文中，我们研究了一种用STM32单片机继电器电参数测试系统作为中央处理单元，可实现测试继电器的电气参数，如线圈电阻、接触电阻、吸电压、释放电压、吸气时间、释放时间、燃弧时间等。本文主要论述了该系统的设计原理和硬件结构，最后通过实验获得了测试数据，数据表明该测试系统具有运行速度快、性能稳定、设计简单等优点，具有一定的市场价值。
关键词：STM32;继电器；电气参数；测试系统
1.引言
当前测试系统对继电器的电气参数，以51系列单片机作为中央处理单元，外围部件多，运行速度是有限的，而只有依靠测试继电器接触电阻的故障判断超标与否，测试参数单。国外对继电器电气参数测试系统的研究与开发成熟，但成本较高。因此，在本文中，我们研究了一种用STM32单片机继电器电参数测试系统作为中央处理单元，可实现测试继电器的电气参数，如线圈电阻、接触电阻、吸电压、释放电压、吸气时间、释放时间、燃弧时间等。本文主要论述了该系统的设计原理和硬件结构，最后通过实验获得了测试数据，数据表明该测试系统具有运行速度快、性能稳定、设计简单等优点，具有一定的市场价值。
关键词——STM32;继电器；电气参数；测试系统
作为一个主要的低压电器控制元件，继电器被广泛应用于国防、工业和农业生产，其可靠性直接决定电子设备能否正常工作，一旦继电器出故障，后果将是十分严重的，然而，通过测试系统继电器的电气参数的重要指标，它可以反映继电器的可靠性。这表明对继电器电参数测试系统的研究是非常重要的。国外在继电器研究方面做了大量的研究工作。电接触会议每两年一次，IEEE Holm会议每年在电接触和年度美国继电器会议都有先进的中继设备和新的测试方法，[1-3]。由日本松下公司开发的arl0111直流继电器电参数测试仪和美国Robert H. Edward开发的继电器电参数自动测试系统（rts01）[ 4 ]，是电参数测试装置的继电器，它在世界上被广泛使用，具有很高的可靠性和优良的性能，并且arl-0111直流继电器电参数测试仪可以测试继电器的电气参数，如吸电压、释放电压，线圈电阻、动作时间、返回时间等，但价格很贵。在我国，我们有不同的继电器电参数测试系统，如来自航科电子有限公司的eleb系列，河北工业大学的rtdml-2，和沈阳大学的电磁继电器寿命试验台[ 5 ]，他们主要根据当前军用标准规定的方法（gjb65b-99，gjb2888-97，gjb1461），采用中间法检测静态接触电阻值超标与否，无论是机械或电气故障，以此作为继电器的失效准则。在测试系统目前国内技术查看继电器的电气参数尚未成熟，性价比较低，我们研究了一种用STM32单片机继电器电参数测试系统作为中央处理单元，和测试系统可以测量例如线圈电阻，继电器的电气参数的联系电阻、吸电压、释放电压，抽吸时间和释放时间，和燃弧时间，这些参数来判断继电器是无效的。本文主要阐述了系统的设计原理和硬件结构，最后测试数据表明，该系统具有较高的性价比和市场开发前景。
2 设计原理
- 主要技术指标系统的测试对象：直流电磁继电器
触点形式：H型、D型、Z型
试验参数：线圈电阻、接触电阻、吸电压、释放电压、吸气时间、释放时间、燃弧时间等采集率：1.7us
试验温度：室温
- 总体结构系统
本系统主要由STM32单片机、电源模块、线圈电阻测量模块、恒流源和接触电阻测量模块、燃弧时间测量模块、SRAM电路模块、键盘、等系统的原理框图如图1所示。
系统首先完成各个寄存器的初始化后开机，然后等待开始测试命令；点击电脑界面的启动命令，然后PC机发送启动测试命令单片机；单片机发送命令检测电路接收启动命令后，再由单片机检测电路返回的数据处理，它得出的结论是，继电器的各种参数，通过串口在上位机界面上显示这些参数。
C．微处理器
在本设计中，使用高性能ARM Cortex芯片STM32F103ZET6。该芯片采用了哈佛架构，集成了64 KB的RAM和512 KB的闪存[ 6 ]，它具有运算速度快，性能价格比高，功耗低的特点，可以满足设计的要求。STM32系列单片机的时钟频率达到72 MHz [ 7 ]，远高于51系列单片机。该芯片在同类型产品中具有最高的性能，与16位MCU的价格相比，具有比16位单片机性能更高的性能。它的功耗也是最低的32位MCU的市场，在性能改善的情况下，相当于0.5毫安/兆赫。由于112 I/O口和哈佛结构，STM32在实时数据处理方面强于51系列单片机，而51系列单片机为8位MCU，最大I/O口为32个，大部分系列单片机采用冯诺依曼结构。STM32系列单片机具有12位D/A转换器（2channel）和两个12位A/D转换器的微秒级的速度（16通道），还集成了一些常用的硬件模块。然而，51系列单片机缺乏自己的功能，需要更多的外围元件，需要熟悉电路。
3.电路设计
- 线圈电阻和接触电阻的测定
STM32的A / D转换器用来测量线圈电阻的测定，以及测量电路图如图2所示。首先利用采样电阻R1（0.1%精度）测量线圈电流，然后计算线圈电阻。线圈的电流，在电磁继电器的线圈电阻值的不同类型的观点有很大的差异（500K 1000K范围内），分别采用采样电阻1Omega;10Omega;改变线圈电流为电压[ 8 ]
恒流电源的方法用于测量接触电阻，测量电路如图3所示。由于继电器的接触电阻很小，一般在几十毫欧，所以通过恒流电源的电流足够大。然后将接触端的电压放大，以符合STM32 ADC采集的大小，通过计算模数转换后的数据接收接触电阻值。这里使用恒流电源模块（LM317）是用来提供接触稳定的电流，再通过模拟开关CD4051成套开关、LF412是电压跟随器，adop77是同相放大器，然后电信号送到A/D转换的STM32，处理软件后，接触电阻的计算。adop77是一个非常受欢迎的运算放大器芯片，电源电压范围为3V ~ 18V，输入电压为13V，典型的温度漂移是8pa /度，典型的温度漂移最大是50PA /度，信号增益0~150V / MV ~ 400v / MV，和共模抑制比106db ~ 123db。
- 确定吸力电压、释放电压，抽吸时间和释放时间的测定
继电器线圈的吸放电压由STM32的D/A转换器提供，但模拟电压由D/A转换器输出的驱动能力很弱，不足以驱动继电器工作，所以有必要用D/A转换器输出电压功率放大，如图所示。通过D/A转换器输出的模拟电压是正的adop77放大6倍，其电压范围为0V ~ 19.8v放大后，完全满足本系统的要求。对TIP122的达林顿功率晶体管用于放大电流、电压信号直接放大后驱动继电器的线圈工作。由STM32芯片的高速I / O.感知到的接触电位的变化，单片机可以判断继电器是否处于动作状态
在抽真空时间的确定过程中，利用单片机控制继电器线圈与直流电压源的连接，打开定时器同时启动时间，然后判断单片机是否关闭继电器，如果关闭，停止定时器，此时继电器的吸合时间已由定时器计数。释放时间的确定是在继电器合闸的前提下，单片机使开关电压源与继电器线圈连接，开启定时器启动时间同时，确定继电器断开，如果继电器断开，时间停止定时器，继电器释放时间由定时器计数。
- 弧时间的确定
在电阻负载的情况下，当接触电压降小于开路电压降90%时，大于开路电压降10%时，此时的接触电压降为电弧电压，而电弧电压的存在时间称为电弧时间[ 9 ]。如图所示，在接触的两端接到两个电压比较器的输入端电阻电容分压后的电压，电压比较器的翻转电压上限和下限值的电压时，电弧的存在。这两个比较器的输出和一个20MHz的晶体振荡器，控制一个20位的计数器。当电弧产生，计数器开始计数，当电弧熄灭，计数器停止计数，和燃弧时间是根据计数器的计数计算。
- 测试结果
将hh52p直流电磁继电器作为测试对象，其试验条件如表1所示。六个参数，如线圈电阻和接触电阻，原型上进行测试。每个参数都测量了十组数据，结果如表2所示。从表2中的数据，我们可以知道，测试数据的范围是小的，系统的性能是稳定的，并且整体性能可以令人满意。
4 总结
本文介绍了一种以STM32单片机为中央处理器的继电器电气参数测试系统，该系统结合先进的电子测量电路测量继电器的多种电参数。通过对试验样品的测试，验证了系统的可行性。测试结果表明，该系统速度快，测试数据范围小，性能稳定，总体性能令人满意，有较强的市场开拓前景。
参考文献
[1] Andreas Wilde, Peter Sehneider, Wellinton Presoto. Modeling Electro Mechanical Actuators. IEEE Oct.2006,12(8):185-189.
[2] Kui Li, Fang Yao, Jianguo Lu, Zhigang Li. Test and analysis of reliability for Electromagnetic relay. IEEE Holm Conference, 2000, 10(4): 350-355.
[3] Lavers J D, Timsit R S. Constriction Resistance at High Signal Frequencies[A]. in Proc 47st IEEE Holm Conference on Electrical Contacts [C]. 2001.167-174.
[4] Ling Qi. Detecting System of Relay Integrated Parameters. Master degree thesis of Hebei University of Technology, 2009.
[5] Li Ren, Qiong Yu, Guofu Zhai. Study of Reliability Life Test System for Aerospace Relay. Electromechanical Components, 2009, (29): 3-7.
[6] Beibei Yang. Electromagnetic relay comprehensive parameter testing instrument based on STM32. Dissertation Submitted to Hangzhou Dianzi University for the Degree of Master, 2013. [7] Ke Wang, Mingze Liu, Yun Liu, Ronghua Wang, Zhenbiao Li. Study on the Relationship Between the Operation Cycle and Make Arc Duration in the Electrical Endurance Test. Electrical Material, 2011, (4): 14-19.
[8] Lei Yang, Wenchao Zhang, Huibin Qin. Design and implementation of fignerprint verification system based on STM32. Journal of Mechanicalamp;Electrical Engineering, 2011, 28(12): 1-5.
[9] Huiying He, Xiaoyu Wang, Lei Ji, Miao Zhang, Research on virtual instrument testing method of dynamic characteristic of relay. Electronic Design Engineering, 2011, (7): 49-52.
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